Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb zum Verstellen eines Stellglieds zwischen wenigstens drei Stellgliedstellungen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The present invention relates to an electromagnetic actuator for adjusting an actuator between at least three actuator positions, with the features of claim 1.
Stellantriebe dieser Art können beispielsweise zur Betätigung eines Lufttaktventils im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet werden, mit dessen Hilfe eine Impulsaufladung der Brennkraftmaschine erzielt werden kann. Alternativ können derartige Stellantriebe auch zum Verstellen von Gaswechselventilen bei Kolbenmotoren zum Einsatz kommen. Grundsätzlich sind auch andere Anwendungsformen möglich, bei denen ein Stellglied innerhalb sehr kurzer Schaltzeiten zwischen verschiedenen Schaltstellungen umgeschaltet werden muss.Actuators of this type can be used, for example, to actuate an air cycle valve in the intake of an internal combustion engine, with the help of a pulse charging the engine can be achieved. Alternatively, such actuators can also be used for adjusting gas exchange valves in reciprocating engines. In principle, other forms of application are possible in which an actuator must be switched within a very short switching times between different switching positions.
Ein Stellantrieb der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 101 40 706 A1 bekannt und besitzt einen weichmagnetischen Anker, der mit einem Stellglied, z. B. mit einer zweiflügligen Klappe antriebsgekoppelt oder antriebskoppelbar ist. Beim bekannten Stellantrieb ist der Anker um eine Schwenkachse schwenkverstellbar gelagert und kann mit zwei weichmagnetischen Ankergegenstücken zusammenwirken, die an entgegengesetzten Enden einer Bewegungsbahn des Ankers angeordnet sind. Eine Rückstelleinrichtung in Form einer Drehstabfeder bringt den Anker mittels Federkraft in eine zwischen den Enden der Bewegungsbahn liegende federkraftneutrale Ausgangslage. Diese Ausgangslage des Ankers korreliert dann mit einer ersten Stellgliedstellung des vom Anker angetriebenen Stellglieds. Der Anker kann aus der Ausgangslage heraus gegen federnde Rückstellkräfte der Rückstelleinrichtung in einer ersten Richtung entlang seiner Bewegungsbahn in eine erste Endlage verstellt werden, in welcher er am ersten Ankergegenstück anliegt und daran mittels elektromagnetischer Kräfte festlegbar ist. In entsprechender Weise ist der Anker aus seiner Ausgangslage heraus gegen federnde Rückstellkräfte der Rückstelleinrichtung in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung entlang der Bewegungsbahn in eine zweite Endlage verstellbar, in welcher er am zweiten Ankergegenstück anliegt und daran mittels elektromagnetischer Kräfte festlegbar ist. Die erste Endlage und die zweite Endlage des Ankers führen in entsprechender Weise zu einer zweiten Stellgliedstellung und einer dritten Stellgliedstellung des vom Anker angetriebenen Stellglieds.An actuator of the type mentioned is, for example, from the DE 101 40 706 A1 known and has a soft magnetic armature, with an actuator, z. B. is drive coupled or drive coupled with a two-leaf flap. In the known actuator, the armature is pivotally mounted about a pivot axis and can cooperate with two soft magnetic armature counterparts, which are arranged at opposite ends of a movement path of the armature. A restoring device in the form of a torsion spring brings the armature by means of spring force in a spring neutral position between the ends of the movement path. This starting position of the armature then correlates with a first actuator position of the actuator driven by the armature. The armature can be adjusted from the initial position against resilient restoring forces of the return device in a first direction along its trajectory in a first end position, in which it rests against the first armature counterpart and it can be fixed by means of electromagnetic forces. In a corresponding manner, the armature is adjustable from its initial position against resilient restoring forces of the restoring device in a second direction opposite the second direction along the movement path in a second end position in which it rests against the second armature counterpart and it can be fixed by means of electromagnetic forces. The first end position and the second end position of the armature lead in a corresponding manner to a second actuator position and a third actuator position of the actuator driven by the armature.
Beim bekannten Stellantrieb werden die elektromagnetischen Kräfte zum Festlegen des Ankers an einem der Ankergegenstücke mit Hilfe von zwei Spulen erzeugt, die jeweils einem der Ankergegenstücke zugeordnet sind. Um den Anker an einem der Ankergegenstücke festzuhalten, wird die dem jeweiligen Ankergegenstück zugeordnete Spule bestromt, um die erforderlichen elektromagnetischen Haltekräfte zu erzeugen. Die dem anderen Ankergegenstück zugeordnete Spule ist dann unbestromt.In the known actuator, the electromagnetic forces are generated for fixing the armature to one of the armature counterparts by means of two coils, which are each associated with one of the armature counterparts. To hold the armature against one of the armature counterparts, the coil associated with the respective armature counterpart is energized in order to generate the required electromagnetic holding forces. The coil associated with the other armature counterpart is then de-energized.
Aus der DE 199 55 054 A1 und der EP 1 260 996 A1 sind elektromagnetische Antriebe bekannt, die einen elektromagnetisch hin- und herbewegbaren Anker aufweisen und bei denen zum Antreiben des Ankers eine einzelne Spule ausreichend ist.From the DE 199 55 054 A1 and the EP 1 260 996 A1 Electromagnetic actuators are known which have an electromagnetically reciprocable armature and in which for driving the armature a single coil is sufficient.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Stellantrieb der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere preiswerter herstellbar ist.The present invention is concerned with the problem of providing for an actuator of the type mentioned an improved embodiment, which is in particular cheaper to produce.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die elektromagnetischen Kräfte zum Festlegen des Ankers an einem der Ankergegenstücke mit Hilfe einer einzigen Spule an beiden Ankergegenstücken gleichzeitig zu erzeugen. D. h., die Spule ist beiden Ankergegenstücken zugeordnet und wird in jeder Endlage zum Festhalten des Ankers bestromt. Durch die Bestromung der Spule entstehen an beiden Ankergegenstücken gleichzeitig die zum Festhalten des Ankers erforderlichen elektromagnetischen Kräfte, wobei der Anker tatsächlich nur an demjenigen Ankergegenstück festgehalten wird, an dem er gerade zur Anlage kommt. Der erfindungsgemäße Stellantrieb kommt somit mit nur einer einzigen Spule aus, was den Herstellungsaufwand für den Stellantrieb erheblich reduziert. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Stellantrieb deutlich kompakter aufgebaut werden als ein herkömmlicher Stellantrieb, was wiederum zu Materialeinsparungen führen kann.The invention is based on the general idea of simultaneously generating the electromagnetic forces for securing the armature to one of the armature counterparts with the aid of a single coil on both armature counterparts. D. h., The coil is assigned to both armature counterparts and is energized in each end position for holding the armature. By energizing the coil arise at both armature counterparts simultaneously required for holding the armature electromagnetic forces, the armature is actually held only on that armature counterpart on which he just comes to rest. The actuator according to the invention thus comes out with only a single coil, which significantly reduces the manufacturing cost of the actuator. In addition, the actuator according to the invention can be constructed significantly more compact than a conventional actuator, which in turn can lead to material savings.
Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich beispielsweise dann, wenn die Spule entsprechend einer verbesserten Ausführungsform so angeordnet wird, dass sie den Anker und die Ankergegenstücke umschließt.A particularly compact construction results, for example, when the coil is arranged according to an improved embodiment so that it encloses the armature and the armature counterparts.
Sofern der Anker zwischen seinen Endlagen um eine Schwenkachse schwenkverstellbar gelagert ist, ist bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Spule so angeordnet, dass eine Längsachse der Spule konzentrisch zur Schwenkachse des Ankers verläuft. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform umschließt die Spule den Anker und die Ankergegenstücke zentrisch. Unter der „Längsachse” einer Spule wird im vorliegenden Zusammenhang diejenige Achse verstanden, welche von der Spule ringförmig umschlossen ist und die sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt, in welcher der Spulenring liegt. Auch diese Ausführungsform führt zu einer extrem kompakten Bauweise für den Stellantrieb.If the armature is pivotably mounted between its end positions about a pivot axis, in an embodiment according to the invention the coil is arranged such that a longitudinal axis of the coil runs concentrically to the pivot axis of the armature. In this embodiment according to the invention, the coil surrounds the armature and the armature counterparts centric. In the present context, the "longitudinal axis" of a coil is understood to mean that axis which is separated from the coil is enclosed annularly and which extends perpendicular to a plane in which the coil ring is located. This embodiment also leads to an extremely compact design for the actuator.
Alternativ ist es ebenso möglich, die Spule so anzuordnen, dass eine Längsachse der Spule senkrecht zur Schwenkachse des Ankers verläuft. Diese nicht erfindungsgemäße Ausführungsform kann insbesondere auf Teile herkömmlicher Stellantriebe, wie sie beispielsweise aus der eingangs genannten DE 101 40 706 A1 bekannt sind, zurückgreifen und die Vorteile derartiger Konstruktionen ausnutzen. Beispielsweise können die Ankergegenstücke bzw. die damit ausgestatteten Komponenten aus Blechpaketen aufgebaut werden.Alternatively, it is also possible to arrange the coil so that a longitudinal axis of the coil is perpendicular to the pivot axis of the armature. This embodiment not according to the invention can in particular be applied to parts of conventional actuators such as those mentioned at the outset DE 101 40 706 A1 are known, fall back and take advantage of the benefits of such constructions. For example, the armature counterparts or the components equipped therewith can be constructed from laminated cores.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to identical or functionally identical or similar components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
1 einen stark vereinfachten Querschnitt durch einen Stellantrieb nach einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, 1 a greatly simplified cross section through an actuator according to a non-inventive embodiment,
2 eine perspektivische Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Stellantrieb, 2 a perspective sectional view through an actuator according to the invention,
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Stellantriebs nach 2, jedoch in einer vereinfachten Ausführungsform, 3 an exploded perspective view of the actuator after 2 but in a simplified embodiment,
4a bis 4c Querschnitte durch den Stellantrieb aus 3, bei unterschiedlichen Lagen eines Ankers, 4a to 4c Cross sections through the actuator 3 , at different positions of an anchor,
5 einen Querschnitt wie in 4c, jedoch bei einer anderen Ausführungsform, 5 a cross section as in 4c but in another embodiment,
6 eine perspektivische Schnittansicht wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform. 6 a sectional perspective view as in 2 but in another embodiment.
Entsprechend 1 umfasst ein elektromagnetischer Stellantrieb 1 einen Anker 2, der auf nicht gezeigte Weise mit einem ebenfalls nicht dargestellten Stellglied antriebsgekoppelt ist. Beispielsweise sitzt der Anker 2 auf einer Welle 3, die um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Der Anker 2 ist mit der Welle 3 drehfest verbunden. Die Welle 3 kann außerdem mit dem nicht gezeigten Stellglied drehfest verbunden sein, so dass über die Welle 3 der Anker 2 mit dem Stellglied antriebsgekoppelt ist.Corresponding 1 includes an electromagnetic actuator 1 an anchor 2 which is drive-coupled in a manner not shown with an actuator, also not shown. For example, the anchor sits 2 on a wave 3 around a rotation axis 4 is rotatably mounted. The anchor 2 is with the wave 3 rotatably connected. The wave 3 may also be rotatably connected to the actuator, not shown, so that over the shaft 3 the anchor 2 is drive-coupled with the actuator.
Je nach Anwendungsfall des Stellantriebs 1 kann das Stellglied beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe oder ein beliebiges anderes Stellorgan sein. Vorzugsweise handelt es sich beim Stellantrieb 1 um einen Hochgeschwindigkeitsstellantrieb zur Betätigung eines Lufttaktventils, das in einem Ansaugtrakt angeordnet ist. Das Lufttaktventil ist dann das vom Stellantrieb 1 zum Verstellen angetriebene Stellglied. Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei welcher der Stellantrieb 1 bei einem elektromagnetischen Ventiltrieb zum Verstellen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt.Depending on the application of the actuator 1 For example, the actuator may be a valve or a flap or any other actuator. Preferably, it is the actuator 1 a high-speed actuator for actuating an air-timing valve, which is arranged in an intake tract. The air cycle valve is then that of the actuator 1 actuator driven for adjustment. Likewise, an embodiment is possible in which the actuator 1 in an electromagnetic valve drive for adjusting a gas exchange valve of an internal combustion engine is used.
Dem Anker 2 sind zwei Ankergegenstücke 5 zugeordnet, an denen der Anker 2 bei seiner Drehverstellung flächig zur Anlage kommen kann. Die Ankergegenstücke 5 begrenzen somit eine Bewegungsbahn des Ankers 2 an entgegengesetzten Enden. Wenn der Anker 2 an einem der Ankergegenstücke 5 zur Anlage kommt, befindet sich der Anker 2 in einer seiner Endlagen. Der Anker 2 besitzt somit zwei Endlagen.The anchor 2 are two anchor counterparts 5 assigned to which the anchor 2 can come to its surface at its rotary adjustment. The anchor counterparts 5 thus limit a trajectory of the anchor 2 at opposite ends. If the anchor 2 on one of the armature counterparts 5 comes to rest, is the anchor 2 in one of his final positions. The anchor 2 thus has two end positions.
Desweiteren ist dem Anker 2 eine Ausgangslage zugeordnet, die der Anker 2 in 1 einnimmt. In diese Ausgangslage ist der Anker 2 mit Hilfe einer Rückstelleinrichtung 6 vorgespannt. Die Rückstelleinrichtung 6 kann eine oder mehrere Federn umfassen und ist so ausgebildet, dass sie einer Verstellung des Ankers 2 aus der Ruhe- oder Ausgangslage in der einen Richtung und in einer entgegengesetzten Gegenrichtung jeweils federnde Rückstellkräfte entgegensetzt. Vorzugsweise ist die Rückstelleinrichtung 6 durch eine Torsionsfeder gebildet, die koaxial im Inneren der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 3 angeordnet ist (vgl. z. B. 2).Furthermore, the anchor 2 assigned a starting position, the anchor 2 in 1 occupies. In this starting position is the anchor 2 with the help of a reset device 6 biased. The reset device 6 may comprise one or more springs and is adapted to an adjustment of the anchor 2 from the rest or starting position in the one direction and in an opposite opposite direction each resilient restoring forces opposes. Preferably, the return device 6 formed by a torsion spring coaxially inside the shaft formed as a hollow shaft 3 is arranged (see, for example, 2 ).
Der Anker 2 kann nun aus der in 1 gezeigten Ausgangslage heraus gegen die federnde Rückstellkräfte der Rückstelleinrichtung 6 in der ersten Richtung, z. B. im Uhrzeigersinn, in die erste Endlage verstellt werden, in welcher er am ersten Ankergegenstück 5 anliegt. Mit Hilfe von elektromagnetischen Kräften kann der Anker 2 in dieser ersten Endlage am ersten Ankergegenstück 5 festgehalten werden. In entsprechender Weise kann der Anker 2 aus seiner Ausgangslage heraus in der der ersten Richtung entgegengesetzten Gegenrichtung, also hier im Gegenuhrzeigersinn in seine zweite Endlage überführt werden. In der zweiten Endlage liegt der Anker 2 dann am zweiten Ankergegenstück 5 an und kann mit Hilfe entsprechender elektromagnetischer Kräfte daran festgehalten werden.The anchor 2 can now from the in 1 shown starting position against the resilient restoring forces of the return device 6 in the first direction, z. B. clockwise, be adjusted in the first end position, in which he at the first armature counterpart 5 is applied. With the help of electromagnetic forces, the anchor can 2 in this first end position on the first anchor counterpart 5 be held. In a similar way, the anchor 2 out of its initial position in the opposite direction of the first direction, that is transferred here in the counterclockwise direction in its second end position. In the second end position is the anchor 2 then at the second anchor counterpart 5 and can be held on it with the help of appropriate electromagnetic forces.
Sofern sich der Anker 2 in einer seiner Endlagen befindet, erzeugt die Rückstelleinrichtung 6 ihre maximale Rückstellkraft. D. h., in einer der Endlagen speichert die Rückstelleinrichtung 6 potentielle Energie. Die elektromagnetischen Haltekräfte am jeweiligen Ankergegenstück 5 sind jedoch größer als die Federkräfte in der Endlage, so dass der Anker 2 in seiner jeweiligen Endlage verbleibt. Durch Ausschalten der elektromagnetischen Haltekräfte beschleunigen nun die Federkräfte der Rückstelleinrichtung 6 den Anker 2 in Richtung der gegenüberliegenden anderen Endlage. Hierbei wird die potentielle Energie zunächst in kinetische Energie umgewandelt bis der Anker 2 seine Ausgangslage erreicht. Die im Anker 2 dann vorliegende hohe kinetische Energie treibt den Anker 2 weiter in Richtung der anderen Endlage an, so dass sich, die kinetische Energie in potentielle Energie umwandelt.Unless the anchor 2 is in one of its end positions, generates the return device 6 their maximum restoring force. D. h., In one of the end positions stores the restoring device 6 potential energy. The electromagnetic holding forces at the respective armature counterpart 5 However, they are larger than the spring forces in the end position, so that the anchor 2 remains in its respective end position. By switching off the electromagnetic holding forces now accelerate the spring forces of the return device 6 the anchor 2 towards the opposite other end position. Here, the potential energy is first converted into kinetic energy until the anchor 2 reached his starting position. The anchor 2 then present high kinetic energy drives the anchor 2 continue toward the other end position so that the kinetic energy converts to potential energy.
Bei einer symmetrischen Anordnung der Ausgangslage relativ zu den Endlagen und bei einem reibungsfreien System würde der Anker 2 von selbst bis zur Anlage an das jeweils andere Ankergegenstück 5 schwingen. Durch rechtzeitiges Aktivieren der elektromagnetischen Kräfte kann der Anker 2 am jeweiligen Ankergegenstück 5 dann festgehalten werden. Durch eine entsprechend Dimensionierung der elektromagnetischen Kräfte und/oder durch eine rechtzeitige Zuschaltung der elektromagnetischen Kräfte können auch Reibungsverluste ausgeglichen werden, so dass der Anker 2 am jeweiligen Ankergegenstück 5 zur Anlage gebracht wird, sobald der Anker 2 hinreichend nahe an das jeweilige Ankergegenstück 5 heranschwingt.With a symmetrical arrangement of the starting position relative to the end positions and in a friction-free system, the anchor would 2 by itself to the plant to the other anchor counterpart 5 swing. By timely activation of the electromagnetic forces, the anchor 2 at the respective anchor counterpart 5 then be held. By a corresponding dimensioning of the electromagnetic forces and / or by a timely connection of the electromagnetic forces and friction losses can be compensated, so that the armature 2 at the respective anchor counterpart 5 is brought to the plant as soon as the anchor 2 sufficiently close to the respective anchor counterpart 5 zoom swings.
Die elektromagnetischen Kräfte, mit denen der Anker 2 am jeweiligen Ankergegenstück 5 festgehalten werden kann, werden mit Hilfe einer einzigen Spule 7 erzeugt, die beiden Ankergegenstücken 5 zugeordnet ist. Da nur eine Spule 7 vorhanden ist, werden die elektromagnetischen Kräfte an beiden Ankergegenstücken 5 bei einer Bestromung der Spule 7 stets gleichzeitig erzeugt. Da die Stärke der am Anker 2 angreifenden elektromagnetischen Anziehungskräfte sehr stark vom Abstand des Ankers 2 vom jeweiligen Ankergegenstück 5 abhängt, wird die Haltekraft des einen Ankergegenstücks 5, an dem der Anker 2 anliegt und festgehalten wird, nicht oder nur vernachlässigbar durch die Anziehungskräfte des anderen Ankergegenstücks 5 reduziert.The electromagnetic forces with which the anchor 2 at the respective anchor counterpart 5 can be held with the help of a single coil 7 generated, the two anchor counterparts 5 assigned. Because only one coil 7 is present, the electromagnetic forces at both armature counterparts 5 during energization of the coil 7 always generated at the same time. Because the strength of the anchor 2 attacking electromagnetic forces very much from the distance of the anchor 2 from the respective anchor counterpart 5 depends, the holding force of the one anchor counterpart 5 at which the anchor 2 is present and held, not or only negligible by the attractive forces of the other anchor counterpart 5 reduced.
Der Stellantrieb 1 kommt somit mit einer einzigen Spule 7 aus, was die Herstellungskosten des Stellantriebs 1 erheblich reduziert. Desweiteren besitzt der Stellantrieb 1 dadurch einen besonders einfachen Aufbau, was die Herstellung und Fertigung vereinfacht und dadurch zusätzlich preiswerter macht.The actuator 1 thus comes with a single coil 7 from what the manufacturing cost of the actuator 1 considerably reduced. Furthermore, the actuator has 1 This makes a particularly simple structure, which simplifies the production and manufacturing and thus makes it cheaper in addition.
Wie aus 1 zu entnehmen ist, weist jedes Ankergegenstück 5 eine erste Polfläche 8 und eine zweite Polfläche 9 auf. Die beiden Polflächen 8, 9 sind voneinander beabstandet, was hier mittels eines Spalts 10 erreicht wird. Durch diesen Spalt 10 sind die beiden Polflächen 8, 9 jedes Ankergegenstücks 5 im Hinblick auf den magnetischen Fluss voneinander getrennt. Jedoch sind die beiden Polflächen 8, 9 jedes Ankergegenstücks 5 mit Hilfe eines Rückschlusskreises 11 miteinander gekoppelt. Dieser Rückschlusskreis 11 leitet ein Magnetfeld innerhalb einer sich quer zur Wicklungsrichtung der Spule 7 erstreckenden Ebene von der einen Polfläche 8 außen um die Spule 7 herum zur anderen Polfläche 9. Durch den Spalt 10 ist dieser Rückschlusskreis 11 offen. Der Anker 2 ist nun so ausgestaltet, dass er in der jeweiligen Endlage so am Ankergegenstück 5 zur Anlage kommt, das er gleichzeitig an beiden Polflächen 8 und 9 anliegt, dabei den Spalt 10 überbrückt und so den Rückschlusskreis 11 schließt. Der im Anker 2 verlaufende Anteil des Rückschlusskreises 11 ist hier mit 12 bezeichnet. Durch diese Maßnahme können besonders hohe Haltekräfte an den Ankergegenstücken 5 generiert werden. In 1 ist nur der dem rechten Ankergegenstück 5 zugeordnete Rückschlusskreis 11 dargestellt. Es ist klar, dass bei einer Bestromung der Spule 7 ein entsprechender Rückschlusskreis 11 gleichzeitig auch an dem links dargestellten Ankergegenstück 5 entsteht.How out 1 can be seen, has each anchor counterpart 5 a first pole surface 8th and a second pole face 9 on. The two pole faces 8th . 9 are spaced apart, which here by means of a gap 10 is reached. Through this gap 10 are the two pole faces 8th . 9 each anchor counterpart 5 separated from each other with respect to the magnetic flux. However, the two pole faces 8th . 9 each anchor counterpart 5 with the help of a return circuit 11 coupled together. This inference circle 11 conducts a magnetic field within a direction transverse to the winding direction of the coil 7 extending plane of the one pole surface 8th outside the coil 7 around to the other pole surface 9 , Through the gap 10 is this inference circle 11 open. The anchor 2 is now designed so that he so in the respective end position at the anchor counterpart 5 comes to the plant, which he at the same time on both pole faces 8th and 9 is present, while the gap 10 bridged and so the return circuit 11 closes. The anchor 2 running share of the inference circle 11 is here with 12 designated. By this measure, particularly high holding forces on the armature counterparts 5 to be generated. In 1 is only the right anchor counterpart 5 assigned return circuit 11 shown. It is clear that when energizing the coil 7 a corresponding return circuit 11 at the same time also on the anchor counterpart shown on the left 5 arises.
Die Spule 7 ist in üblicherweise ringförmig gestaltet und dabei so angeordnet, dass sie sowohl den Anker 2 als auch die Ankergegenstücke 5 in ihrem Inneren umschließt. Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist die Spule 7 außerdem so angeordnet, dass eine durch, eine strichpunktierte Linie angedeutete Längsachse 13 der Spule 7 senkrecht auf der Schwenkachse 4 des Ankers 2 steht.The sink 7 is designed in a generally annular shape and arranged so that they both the anchor 2 as well as the anchor counterparts 5 encloses in its interior. In the embodiment according to 1 is the coil 7 also arranged so that a, indicated by a dashed line longitudinal axis 13 the coil 7 perpendicular to the pivot axis 4 of the anchor 2 stands.
Bei der hier gezeigten besonderen Ausführungsform umfasst der Stellantrieb 1 einen ersten Jochkörper 14 sowie einen zweiten Jochkörper 15, die beide vorteilhaft als Blechpakete ausgestaltet sein können. Die einzelnen Bleche verlaufen dann parallel zur Zeichnungsebene. Der erste Jochkörper 14 (in 1 oben) umfasst für beide Ankergegenstücke 5 die ersten Polflächen 8 sowie einen ersten Teilkreis 16 des Rückschlusskreises 11. Der erste Teilkreis 16 führt dabei jeweils von der ersten Polfläche 8 zu einer Trennstelle 17, an welcher die beiden Jochkörper 14, 15 aneinander liegen. In entsprechender Weise weist der zweite Jochkörper 15 für beide Ankergegenstücke 5 die zweiten Polflächen 9 auf sowie jeweils einen zweiten Teilkreis 18 des Rückschlusskreises 11. Der zweite Teilkreis 18 führt dabei jeweils von der zweiten Polfläche 9 zur Trennstelle 17. Auf diese Weise sind die beiden Teilkreise 16, 18 an der Trennstelle 17 miteinander verbunden, so dass der Rückschlusskreis 11 bis auf den Spalt 10 geschlossen ist. Vorteilhaft ist hier, dass nur zwei Bauteile, nämlich die beiden Jochkörper 14, 15, erforderlich sind, um für beide Ankergegenstücke 5 die Joche auszubilden.In the particular embodiment shown here, the actuator comprises 1 a first yoke body 14 and a second yoke body 15 both of which may be advantageously designed as laminated cores. The individual sheets then run parallel to the plane of the drawing. The first yoke body 14 (in 1 above) for both armature counterparts 5 the first pole faces 8th and a first pitch circle 16 of the inference circle 11 , The first circle 16 in each case leads from the first pole face 8th to a separation point 17 at which the two yoke body 14 . 15 lie together. In a corresponding manner, the second yoke body 15 for both armature counterparts 5 the second pole faces 9 on and in each case a second pitch circle 18 of the inference circle 11 , The second circle 18 in each case leads from the second pole face 9 to the separation point 17 , In this way, the two subcircles 16 . 18 at the separation point 17 interconnected so that the return circuit 11 except for the gap 10 closed is. It is advantageous here that only two components, namely the two yoke body 14 . 15 , required for both armature counterparts 5 to train the yokes.
Die Spule 7 besitzt z. B. im Querschnitt eine kegelförmige Gestalt und kann für die Montage vor dem Zusammensetzen der beiden Jochkörper 14, 15 in einen der Jochkörper 14, 15 eingesetzt werden.The sink 7 has z. B. in cross-section a conical shape and can for assembly before assembling the two yoke body 14 . 15 in one of the yoke body 14 . 15 be used.
Wie in 1 gezeigt, kann in den Spalt 10 zwischen den Polflächen 8, 9 der Ankergegenstücke 5 ein Permanentmagnet 19 eingesetzt sein, mit dessen Hilfe die auf den Anker 2 einwirkenden Kräfte verstärkt werden können.As in 1 shown in the gap 10 between the pole faces 8th . 9 the anchor counterparts 5 a permanent magnet 19 be used, with the help of which on the anchor 2 acting forces can be strengthened.
Entsprechend 2 kann der Stellantrieb 1 bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform so ausgestaltet werden, dass die Längsachse 13 der Spule 7 koaxial zur Schwenkachse 4 des Ankers 2 verläuft, also mit dieser zusammenfällt. Auch bei dieser Ausführungsform umschließt die hier zylindrisch ausgebildete Spule 7 den Anker 2 und die Ankergegenstücke 5, von denen hier nur eines dargestellt ist. Eine weitere Besonderheit der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der bezüglich der Schwenkachse 4 des Ankers 2 symmetrische Aufbau.Corresponding 2 can the actuator 1 be designed in an embodiment according to the invention so that the longitudinal axis 13 the coil 7 coaxial to the pivot axis 4 of the anchor 2 runs, so coincides with this. Also in this embodiment encloses the cylindrical here formed coil 7 the anchor 2 and the anchor counterparts 5 of which only one is shown here. Another peculiarity of in 2 the embodiment shown is with respect to the pivot axis 4 of the anchor 2 symmetrical construction.
Bei den Ausführungsformen gemäß den 2 und 3 ist der Anker 2 mit zwei Flügeln 20 ausgestattet, während die Variante gemäß 1 nur einen Flügel 20 besitzt. Die beiden Flügel 20 sind bezüglich der Schwenkachse 4 des Ankers 2 konzentrisch angeordnet und zueinander um 180° versetzt. Es ist klar, dass auch mehr als zwei Flügel 20 vorgesehen sein können, die dann vorzugsweise symmetrisch und koaxial zur Schwenkachse 4 angeordnet sind, wobei auch eine asymmetrische Bauweise im Einzelfall von Vorteil sein kann. Um an beiden Flügeln 20 elektromagnetische Kräfte wirken lassen zu können, sind für jeden Flügel 20 zwei Ankergegenstücke 5 vorgesehen, an denen die Flügel 20 in den Endlagen des Ankers 2 wechselseitig zur Anlage kommen. Die beiden Ankergegenstücke 5 des vom Betrachter abgewandten Flügels 20 sind in 2 nicht dargestellt. Ebenso ist nur eines der Ankergegenstücke 5 des dem Betrachter zugewandte Flügels 20 gezeigt. Der grundsätzliche Aufbau der insgesamt 4 Ankergegenstücke 5 ist jedoch stets derselbe. Insbesondere ist wie hier jedes Ankergegenstück 5 wieder mit einer ersten Polfläche 8 und einer zweiten Polfläche 9 ausgestattet, die durch den Spalt 10 voneinander beabstandet sind und über den Rückschlusskreis 11 miteinander gekoppelt sind. In der Darstellung gemäß 2 befindet sich der Anker 2 in einer seiner Endlagen, so dass die Flügel 20 jeweils an einem der Ankergegenstücke 5 anliegen. Dabei liegt jeder Flügel 20 sowohl an der ersten Polfläche 8 als auch an der zweiten Polfläche 9 des jeweiligen Ankergegenstücks 5 an, wodurch der Spalt 10 überbrückt und der Rückschlusskreis 11 geschlossen wird.In the embodiments according to the 2 and 3 is the anchor 2 with two wings 20 equipped while the variant according to 1 only one wing 20 has. The two wings 20 are with respect to the pivot axis 4 of the anchor 2 arranged concentrically and offset from each other by 180 °. It is clear that more than two wings 20 may be provided, which then preferably symmetrical and coaxial with the pivot axis 4 are arranged, with an asymmetric design in individual cases may be beneficial. To be on both wings 20 Electromagnetic forces are effective for every wing 20 two anchor counterparts 5 provided on which the wings 20 in the end positions of the anchor 2 mutually come to the plant. The two anchor counterparts 5 of the viewer facing away from the wing 20 are in 2 not shown. Likewise, only one of the armature counterparts 5 of the viewer facing the wing 20 shown. The basic structure of the total of 4 anchor counterparts 5 but it is always the same. In particular, as here, each anchor counterpart 5 again with a first pole surface 8th and a second pole face 9 equipped by the gap 10 are spaced apart and over the return circuit 11 coupled together. In the illustration according to 2 is the anchor 2 in one of his final positions, leaving the wings 20 each at one of the armature counterparts 5 issue. There is every wing 20 both at the first pole surface 8th as well as on the second pole surface 9 of the respective anchor counterpart 5 on, causing the gap 10 bridged and the inference circle 11 is closed.
Entsprechend den 2 und 3 besitzt der Stellantrieb 1 hier im wesentlichen einen zylindrischen Aufbau. Die erste Polfläche 8 ist an einem ersten Polschuh 21 ausgebildet. Bei dem mit zwei Flügeln 20 ausgestatteten Anker 2 weist der erste Polschuh 21 zweckmäßig zwei erste Polflächen 8 auf. Der erste Polschuh 21 ist an einem scheibenförmigen ersten Deckel 22 ausgebildet. Zweckmäßig bilden erster Polschuh 21 und erster Deckel 22 ein einstückig hergestelltes Bauteil. Der erste Deckel 22 ist so dimensioniert, dass er die Spule 7 an einem ersten Axialende 23 radial überlappt. Am ersten Deckel 22 ist außerdem ein zweiter erster Polschuh 21 ausgebildet, der die erste Polfläche 8 des anderen Ankergegenstücks 5 bzw. die ersten Polflächen 8 der anderen Ankergegenstücke 5 aufweist.According to the 2 and 3 owns the actuator 1 here essentially a cylindrical structure. The first pole surface 8th is on a first pole piece 21 educated. In the case of two wings 20 equipped anchor 2 has the first pole piece 21 expediently two first pole faces 8th on. The first pole piece 21 is on a disc-shaped first lid 22 educated. Suitably form the first pole piece 21 and first lid 22 a one-piece manufactured component. The first lid 22 is sized so that he has the coil 7 at a first axial end 23 radially overlapped. At the first lid 22 is also a second first pole piece 21 formed, which is the first pole face 8th of the other anchor counterpart 5 or the first pole faces 8th the other anchor counterparts 5 having.
In entsprechender Weise ist auch ein zweiter scheibenförmiger Deckel 24 vorgesehen, der zwei zweite Polschuhe 25 aufweist, an denen die zweiten Polflächen 9 der Ankergegenstücke 5 ausgebildet sind. Der zweite Deckel 24 überlappt die Spule 17 an einem zweiten Axialende 26 radial. Die Deckel 22 sind bezüglich einer Ebene, die senkrecht auf der Schwenkachse 4 steht und sich durch den Spalt 10 erstreckt, spiegelsymmetrisch aufgebaut.Similarly, a second disc-shaped lid is also 24 provided, the two second pole pieces 25 having at which the second pole faces 9 the anchor counterparts 5 are formed. The second lid 24 overlaps the coil 17 at a second axial end 26 radial. The lids 22 are with respect to a plane perpendicular to the pivot axis 4 and stands by the gap 10 extends, constructed mirror-symmetrically.
Desweiteren ist hier eine Rückschlusshülse 27 vorgesehen, die als Hohlzylinder ausgebildet ist bzw. einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist und die konzentrisch zur Spule 7 angeordnet ist. Die Rückschlusshülse 27 umschließt somit die Spule 7 radial außen. Die beiden Deckel 22, 24 sind über die Rückschlusshülse 27 miteinander verbunden. Dementsprechend kann sich der Rückschlusskreis 11 über die Polschuhe 21, 25, die Deckel 22, 24 und die Rückschlusshülse 27 bis auf den Spalt 10 schließen. Der Rückschlusskreis 11 führt demnach von der ersten Polfläche 8 in den ersten Polschuh 21, von diesem in den ersten Deckel 22, von diesem in die Rückschlusshülse 27, von dieser in den zweiten Deckel 24, von diesem in den zweiten Polschuh 25 und von diesem zur zweiten Polfläche 9. Zur Ausbildung des Spalts 10 ist die Dimensionierung der Polschuhe 21, 25 so auf die Dimensionierung der Rückschlusshülse 27 abgestimmt, dass die Polschuhe 21, 25 in Achsrichtung der Schwenkachse 4 voneinander beabstandet sind.Furthermore, here is a return sleeve 27 provided, which is designed as a hollow cylinder or has a hollow cylindrical portion and concentric with the coil 7 is arranged. The return sleeve 27 thus encloses the coil 7 radially outside. The two lids 22 . 24 are over the return sleeve 27 connected with each other. Accordingly, the return circuit 11 over the pole shoes 21 . 25 , the lids 22 . 24 and the return sleeve 27 except for the gap 10 shut down. The inference circle 11 leads therefore from the first pole face 8th in the first pole piece 21 , from this in the first cover 22 , from this into the yoke sleeve 27 , from this to the second lid 24 , from this into the second pole piece 25 and from this to the second pole surface 9 , To form the gap 10 is the dimensioning of the pole shoes 21 . 25 so on the dimensioning of the return sleeve 27 matched that pole pieces 21 . 25 in the axial direction of the pivot axis 4 spaced apart from each other.
Der Anker 2 bzw. seine Welle 3 ist hier mittels Radiallager 28, die nur teilweise dargestellt sind, drehbar gelagert. Die Radiallager 28 sind hier in die Deckel 22, 24 eingesetzt oder integriert.The anchor 2 or his wave 3 is here by means of radial bearings 28 , which are only partially shown, rotatably mounted. The radial bearings 28 are here in the lid 22 . 24 used or integrated.
Der Anker 2 und die Ankergegenstücke 5 sind aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellt. Desweiteren sind die Polschuhe 21, 25, die Deckel 22, 24 und die Rückschlusshülse 27 gemäß 2 und die beiden Jochkörper 14, 15 gemäß 1 aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellt.The anchor 2 and the anchor counterparts 5 are made of a soft magnetic material. Furthermore, the pole shoes 21 . 25 , the lids 22 . 24 and the return sleeve 27 according to 2 and the two yoke bodies 14 . 15 according to 1 made of a soft magnetic material.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei welcher der Anker 2 oder zumindest ein mit den Ankergegenstücken 5 zusammenwirkender Abschnitt des Ankers 2, z. B. die Flügel 20, aus Kobalteisen hergestellt, während die anderen weichmagnetischen Körper aus einem preiswerten herkömmlichen geeigneten Stahl hergestellt sind. Durch diese Materialauswahl kann die radiale Erstreckung des Ankers 2 bzw. seiner Flügel 20 reduziert werden, was die Massenträgheitsmomente des Ankers 2 erheblich verkleinert und die erzielbaren Stellzeiten des Stellantriebs 1 verkürzt.Preferred is an embodiment in which the armature 2 or at least one with the anchor counterparts 5 co-operating section of the anchor 2 , z. B. the wings 20 , made of cobalt iron, while the other soft magnetic body are made of a cheap conventional suitable steel. By this material selection, the radial extent of the armature 2 or his wings 20 be reduced, which is the moment of inertia of the anchor 2 considerably reduced and the achievable operating times of the actuator 1 shortened.
Diese Weiterbildung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verwendung des teureren Kobalteisens auch im Bereich der Ankergegenstücke 5 zu keiner merklichen Verbesserung der Anziehungskräfte führt, so dass in diesem Bereich auf preiswertere Materialien, wie z. B. Stahl, zurückgegriffen werden kann. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene, Materialmix führt somit zu einer besonders kompakten Bauweise bei vergleichsweise preiswerter Herstellbarkeit.This development is based on the recognition that the use of the more expensive cobalt iron also in the area of the anchor counterparts 5 leads to no noticeable improvement of attractions, so that in this area to cheaper materials such. As steel, can be used. The inventively proposed, material mix thus leads to a particularly compact design with relatively inexpensive manufacturability.
Wie aus 3 deutlich hervorgeht, besitzt der erfindungsgemäße Stellantrieb 1 einen extrem einfachen Aufbau. Der Anker 2 wird zusammen mit der Spule 7 in die Rückschlusshülse 27 axial eingesteckt. Dann werden die Deckel 22, 24 angebracht, wobei die daran ausgebildeten Polschuhe 21, 25 axial in die Rückschlusshülse 27 und in die Spule 7 eindringen. Nach dem Zusammenbau verschließen die Deckel 22, 24 die Rückschlusshülse 27 axial.How out 3 clearly shows, has the actuator according to the invention 1 an extremely simple structure. The anchor 2 will be together with the coil 7 in the return sleeve 27 inserted axially. Then the lids 22 . 24 attached, with the pole pieces formed thereon 21 . 25 axially in the return sleeve 27 and in the coil 7 penetration. After assembly, the lids close 22 . 24 the return sleeve 27 axially.
Die 4a bis 4c zeigen Querschnitte durch den Stellantrieb 1 aus 3 bei unterschiedlichen Ankerstellungen. In 4a befindet sich der Anker 2 in seiner ersten Endlage, in welcher er am ersten Ankergegenstück 5 anliegt und durch die elektromagnetischen Kräfte der Spule 7 gehalten werden kann. Es ist klar, dass bei dem mit zwei Flügeln 20 ausgestatteten Anker 2 dessen Flügel 20 jeweils an einem ersten Ankergegenstück 5 zur Anlage kommen und dort jeweils durch die elektromagnetischen Kräfte der Spule 7 gehalten sind. Beim Ausschalten der Spule 7 kann sich der Anker 2 vom Ankergegenstück 5 lösen und in Richtung des entgegengesetzt angeordneten Ankergegenstücks 5 beschleunigen. Durch rechtzeitiges Einschalten der Spule 7 kann das andere Ankergegenstück 5 den ankommenden Anker 2 einfangen.The 4a to 4c show cross sections through the actuator 1 out 3 at different anchor positions. In 4a is the anchor 2 in his first end position, in which he at the first anchor counterpart 5 is applied and by the electromagnetic forces of the coil 7 can be held. It is clear that in the case of two wings 20 equipped anchor 2 its wings 20 each at a first anchor counterpart 5 come to the plant and there each by the electromagnetic forces of the coil 7 are held. When switching off the coil 7 can the anchor 2 from the anchor counterpart 5 solve and in the direction of the oppositely arranged armature counterpart 5 accelerate. By timely switching on the coil 7 may be the other anchor counterpart 5 the incoming anchor 2 catch.
Entsprechend 4b nimmt der Anker 2 dann seine zweite Endlage ein, in welcher er am zweiten Ankergegenstück 5 anliegt und mit Hilfe der elektromagnetischen Kräfte festgehalten werden kann.Corresponding 4b takes the anchor 2 then his second end position, in which he at the second anchor counterpart 5 is applied and can be held with the help of electromagnetic forces.
Wenn die Spule 7 ausgeschaltet wird, führt die Rückstelleinrichtung 6, die gemäß 2 insbesondere einen Torsionsstab umfassen kann, dazu, dass der Anker 2 selbsttätig seine Ausgangslage gemäß 4c einnimmt, die zwischen den Endlagen liegt.If the coil 7 is turned off, performs the reset device 6 according to 2 In particular, may include a torsion bar, that the anchor 2 automatically his starting position according to 4c occupies, which lies between the end positions.
Um den Anker 2 bei einem herkömmlichen Stellantrieb, der mit zwei separat ansteuerbaren Spulen arbeitet, aus der Ausgangslage in eine der Endlagen zu überführen, können die beiden Spulen wechselseitig mit der Resonanzfrequenz des aus Anker und Rückstelleinrichtung gebildeten Schwingungssystems angesteuert werden. Der Anker wird dadurch zu Schwingungen im Resonanzfrequenzbereich angeregt, deren Amplituden rasch zunehmen, bis der Anker an einem der Ankergegenstücke zur Anlage kommt und dort durch eine dauerhafte Haltekraft festgehalten werden kann. Eine derartige Anschwingprozedur kann beim erfindungsgemäßen Stellantrieb 1 nicht ohne weiteres durchgeführt werden, da der erfindungsgemäße Stellantrieb 1 mit nur einer einzigen Spule 7 arbeitet und bei deren Aktivierung somit an den Ankergegenstücken 5 stets gleichzeitig elektromagnetische Anziehungskräfte wirksam werden. Abhilfe könnte beispielsweise ein mechanischer Antrieb schaffen, der zur Aktivierung des Stellantriebs 1 den Anker 2 aus seiner Ausgangslage mehr oder weniger stark auslenkt.To the anchor 2 In a conventional actuator, which operates with two separately controllable coils to transfer from the initial position to one of the end positions, the two coils can be driven alternately with the resonant frequency of the vibration system formed from armature and restoring device. The armature is thereby excited to oscillations in the resonant frequency range, whose amplitudes increase rapidly until the armature comes to rest on one of the armature counterparts and can be held there by a permanent holding force. Such Anschwingprozedur can in the actuator according to the invention 1 can not be carried out easily, since the actuator according to the invention 1 with only a single coil 7 works and when their activation thus at the anchor counterparts 5 always at the same time electromagnetic attraction forces are effective. A remedy could, for example, create a mechanical drive that activates the actuator 1 the anchor 2 deflects more or less strongly from its starting position.
Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der in der Ausgangslage des Ankers 2 asymmetrische Anziehungskräften zwischen dem Anker 2 und den Ankergegenstücken 5 entstehen. Derartige asymmetrische Anziehungskräfte führen zu einer geringfügigen Auslenkung des Ankers 2. Diese geringe Anfangsamplitude kann im Resonanzbereich ohne weiteres durch eine entsprechende Erregung der Spule 7 soweit verstärkt werden, bis der Anker 2 an einem der Ankergegenstücke 5 zur Anlage kommt. Asymmetrische Anziehungskräfte können beispielsweise durch eine entsprechende Anordnung und/oder Ausgestaltung der Spule 7 und/oder des Ankers 2 und/oder der Ankergegenstücke 5 erzielt werden. Beispielsweise kann die Ausgangslage des Ankers 2 so gewählt werden, dass sie bezüglich der Endlagen des Ankers 2 außermittig ist. Somit besitzt der Anker 2 im Ausgangszustand unterschiedliche Abstände zu den entgegengesetzten Ankergegenstücken 5. Ein reduzierter Abstand führt jedoch zu einer verstärkten Rückwirkung im Anker 2, also zu erhöhten Anziehungskräften.However, preferred is an embodiment in which in the initial position of the armature 2 asymmetric forces of attraction between the anchor 2 and the anchor counterparts 5 arise. Such asymmetric forces of attraction lead to a slight deflection of the armature 2 , This small initial amplitude can easily in the resonance range by a corresponding excitation of the coil 7 so far amplified until the anchor 2 on one of the armature counterparts 5 comes to the plant. Asymmetrical forces of attraction can be achieved, for example, by a corresponding arrangement and / or configuration of the coil 7 and / or the anchor 2 and / or the armature counterparts 5 be achieved. For example, the initial position of the armature 2 be chosen so that they respect to the end positions of the anchor 2 is off-center. Thus, the anchor has 2 in the initial state different distances to the opposite armature counterparts 5 , However, a reduced distance leads to an increased reaction in the anchor 2 , so to increased attractions.
5 zeigt eine Variante, bei welcher die einander gegenüberliegenden Ankergegenstücke 5 asymmetrisch ausgestaltet sind. Beispielsweise besitzt jedes erste Ankergegenstück 5 einen radial außenliegenden Fortsatz 29, der sich in Umfangsrichtung in Richtung Ausgangslage des Ankers 2 erstreckt. Auf diese Weise können am ersten Ankergegenstück 5 über diese Fortsätze 29 erhöhte Anziehungskräfte auf den Anker 2 ausgeübt werden, wodurch dieser bei einer Bestromung der Spule 7 (geringfügig) in Richtung der ersten Ankergegenstücke 5 anschwingt. 5 shows a variant in which the opposing armature counterparts 5 are designed asymmetrically. For example, each first armature counterpart has 5 a radial external extension 29 extending in the circumferential direction in the direction of the starting position of the armature 2 extends. In this way, at the first anchor counterpart 5 about these extensions 29 increased attractions on the anchor 2 be exerted, whereby this at energizing the coil 7 (slightly) towards the first armature counterparts 5 oscillate.
Eine andere Maßnahme kann beispielsweise ein Permanentmagnet sein, der im Bereich des einen Ankergegenstücks 5 im Spalt 10 angeordnet werden kann, um so eine Asymmetrie des von der Spule 7 erzeugten Magnetfelds zu erzielen. Es ist klar, dass auch andere Maßnahmen oder Kombinationen unterschiedlicher Maßnahmen durchgeführt werden können.Another measure, for example, be a permanent magnet, in the region of the one armature counterpart 5 in the gap 10 can be arranged so as to be an asymmetry of the coil 7 to generate generated magnetic field. It is clear that other measures or combinations of different measures can be carried out.
Ein weiterer Vorteil der vorstehenden genannten Maßnahmen zur Erzielung asymmetrischer Anziehungskräfte wird auch darin gesehen, dass es mit Hilfe einer entsprechenden Steuerung grundsätzlich möglich ist, durch Auswerten des Strom- und/oder Spannungsverlaufs beim Anlegen des Ankers 2 an einem der Ankergegenstücke 5 zu entscheiden, ob sich der Anker 2 in seiner ersten Endlage oder in seiner zweiten Endlage befindet. Dies ist für übliche Anwendungen des Stellantriebs 1 von erheblicher Bedeutung, wenn verschiedene Schaltstellungen des Stellglieds erkannt und differenziert werden müssen.A further advantage of the abovementioned measures for achieving asymmetrical forces of attraction is also seen in the fact that, with the aid of a corresponding control, it is fundamentally possible by evaluating the current and / or voltage profile when the armature is applied 2 on one of the armature counterparts 5 to decide if the anchor 2 is in its first end position or in its second end position. This is for common applications of the actuator 1 Of considerable importance when different switching positions of the actuator must be detected and differentiated.
Um den Anker 2 beim erfindungsgemäßen Stellantrieb 1 schneller zwischen seinen Endlagen umschalten zu können, kann es zweckmäßig sein, die Spule 7 kurzzeitig umzupolen, um den Feldabbau in der Spule 7 zu beschleunigen, so dass die vollen Rückstellkräfte der Rückstelleinrichtung 6 schneller wirksam sind.To the anchor 2 in the actuator according to the invention 1 To be able to switch faster between its end positions, it may be appropriate to use the coil 7 Umzupolen briefly to the field degradation in the coil 7 to accelerate, so that the full restoring forces of the reset device 6 faster are effective.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Stellantriebs 1 können somit zumindest drei Positionen für den Anker 2 und somit für das damit antriebsgekoppelte Stellglied eingestellt werden. Darüber hinaus ist es grundsätzlich möglich, mit Hilfe einer entsprechenden Ansteuerung der Spule 7 grundsätzliche beliebige Zwischenlagen zwischen den Endlagen des Ankers 2 einzustellen. Beispielsweise kann der Anker 2 in der Nähe einer seiner Ankergegenstücke 5 quasi schwebend in einer Zwischenlage zwischen der jeweiligen Endlage und der Ausgangslage gehalten werden. Dementsprechend können für den Anker 2 und somit für das antriebsgekoppelte Stellglied grundsätzlich beliebig viele unterschiedliche und insbesondere variierbare Positionen realisiert werden.With the aid of the actuator according to the invention 1 can thus have at least three positions for the anchor 2 and thus adjusted for the drive-coupled actuator. In addition, it is basically possible, with the help of a corresponding control of the coil 7 basically any intermediate layers between the end positions of the anchor 2 adjust. For example, the anchor 2 near one of his anchor counterparts 5 quasi-floating in an intermediate position between the respective end position and the starting position are held. Accordingly, for the anchor 2 and thus basically any number of different and in particular variable positions can be realized for the drive-coupled actuator.
Während die 2 bis 5 Ausführungsformen für den Stellantrieb 1 zeigen, bei denen der Stellantrieb 1 in Richtung der Längsachse 13 der Spule 7 vergleichsweise groß dimensioniert ist, zeigt 6 eine andere Ausführungsform, bei welcher der Stellantrieb 1 in Richtung der Längsachse 13 der Spule 7 vergleichsweise kompakt baut. Bemerkenswert ist vor allem, dass die ringförmig geschlossene Spule 7, die zur besseren Darstellbarkeit teilweise aufgeschnitten gezeigt ist, bezüglich ihrer Längsachse 13 kleiner dimensioniert ist als der Anker 2 bzw. dessen Flügel 20. Die Spulenlängsrichtung, die sich parallel zur Spulenlängsachse 13 erstreckt, wird im folgenden zur Vereinfachung auch mit 13 bezeichnet.While the 2 to 5 Embodiments for the actuator 1 show where the actuator 1 in the direction of the longitudinal axis 13 the coil 7 is comparatively large, shows 6 another embodiment in which the actuator 1 in the direction of the longitudinal axis 13 the coil 7 comparatively compact builds. It is noteworthy, above all, that the ring-shaped closed coil 7 , which is shown partially cut open for better depiction, with respect to its longitudinal axis 13 smaller dimension than the anchor 2 or its wings 20 , The coil longitudinal direction, which is parallel to the coil longitudinal axis 13 extends, will also be in the following for the sake of simplicity 13 designated.
Entsprechend 6 sind die ersten Polflächen 8 jeweils an einem ersten Polsegment 30 ausgebildet, während die zweiten Polflächen 9 jeweils an einem zweiten Polsegment 30' ausgebildet sind. Die Polsegmente 30 und 30' erstrecken sich parallel zueinander, und zwar in einer Ebene, die sich senkrecht zur Längsachse 13 der Spule 7 erstreckt. Des Weiteren sind die ersten Polsegmente 30 von den zweiten Polsegmenten 30' in der Spulenlängsrichtung 13 voneinander beabstandet angeordnet, wodurch wieder der Spalt 10 ausgebildet werden kann.Corresponding 6 are the first pole faces 8th each at a first pole segment 30 formed while the second pole faces 9 each at a second pole segment 30 ' are formed. The pole segments 30 and 30 ' extend parallel to each other, in a plane perpendicular to the longitudinal axis 13 the coil 7 extends. Furthermore, the first pole segments 30 from the second pole segments 30 ' in the coil longitudinal direction 13 spaced apart, whereby again the gap 10 can be trained.
Jeweils ein erstes Polsegment 30 und ein zweites Polsegment 30' bilden ein Polsegment-Paar 30–30'. Eine gerade Anzahl derartiger Polsegment-Paare 30–30' ist in Umfangsrichtung der Spule 7 verteilt angeordnet. Im vorliegenden Fall sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit vier derartige Polsegment-Paare 30–30' vorgesehen.In each case a first pole segment 30 and a second pole segment 30 ' form a pole segment pair 30 - 30 ' , An even number of such pole segment pairs 30 - 30 ' is in the circumferential direction of the coil 7 arranged distributed. In the present case, four such pole segment pairs are without limitation of generality 30 - 30 ' intended.
Um auch hier den Rückschlusskreis 11 ausbilden zu können, sind bei jedem Polsegment-Paar 30–30' das jeweilige erste Polsegment 30 und das jeweilige zweite Polsegment 30' über ein Rückschlussteil 32 miteinander verbunden. Auf diese Weise erhält der jeweilige Rückschlusskreis 11 bei jedem Polsegment-Paar 30–30' folgenden Verlauf: Der Rückschlusskreis 11 erstreckt sich von der ersten Polfläche 8 in das erste Polsegment 30 über das Rückschlussteil 32 in das zweite Polsegment 30' zur zweiten Polfläche 9. Der an den Polflächen 8, 9 anliegende Anker 2 bzw. dessen Flügel 20 schließt dann den jeweiligen Rückschlusskreis 11.Here, too, the inference circle 11 being able to train are at each pole segment pair 30 - 30 ' the respective first pole segment 30 and the respective second pole segment 30 ' via a return part 32 connected with each other. In this way, the respective return circuit receives 11 at each pole segment pair 30 - 30 ' following course: The return circuit 11 extends from the first pole face 8th in the first pole segment 30 over the return part 32 in the second pole segment 30 ' to the second pole face 9 , The at the pole faces 8th . 9 fitting anchors 2 or its wings 20 then closes the respective return circuit 11 ,
Die hier vorgeschlagene Bauweise für die Polsegmente 30, 30' ermöglicht es außerdem, die Polsegmente 30, 30' durch Blechpakete herzustellen, deren einzelne Bleche dann in der Spulenlängsrichtung 13 aufeinander gestapelt sind. Diese Bauweise ermöglicht es, die Ausbildung von Wirbelströmen in den Polsegmenten 30, 30' zu vermeiden oder zumindest erheblich zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ ist es außerdem möglich, die ersten Polsegmente 30 und die zweiten Polsegmente 30' als Gleichteile auszugestalten. Die Gleichteilbildung ermöglicht höhere Stückzahlen und somit kleinere Einzelteilpreise, wodurch sich der Herstellungsaufwand zur Realisierung des Stellantriebs 1 reduziert.The construction proposed here for the pole segments 30 . 30 ' it also allows the pole segments 30 . 30 ' To produce by laminated cores whose individual sheets then in the coil longitudinal direction 13 stacked on top of each other. This design allows the formation of eddy currents in the pole segments 30 . 30 ' to avoid or at least significantly reduce. Additionally or alternatively, it is also possible, the first pole segments 30 and the second pole segments 30 ' to design as equal parts. The equal parting allows higher quantities and thus smaller item prices, thereby increasing the manufacturing cost to realize the actuator 1 reduced.
Von besonderem Vorteil ist bei der hier gezeigten Bauweise, dass die Spule 7 in dem Spalt 10 angeordnet werden kann. Die Spule 7 kann dadurch in ihrer Längsrichtung 13 extrem klein gebaut werden. Beispielsweise baut die Spule 7 in ihrer Längsrichtung 13 kürzer als der Anker 2 bzw. der oder die Flügel 20 des Ankers 2. Beispielsweise ist die Spule 7 in ihrer Längsrichtung 13 etwa halb so groß oder etwa ein Drittel so groß wie der Anker 2 bzw. seine Flügel 20. Bevorzugt wird die hier dargestellte Ausführungsform, bei welcher die Spule 7 und die ersten Polsegmente 30 sowie die zweiten Polsegmente 30' in der Spulenlängsrichtung 13 zusammen etwa gleich groß dimensioniert sind, wie der Anker 2 bzw. dessen Flügel 20. Zweckmäßig ist die Spule 7 dabei bezüglich ihrer Längsrichtung 13 mittig zum Anker 2 bzw. mittig zu dessen Flügeln 20 angeordnet. Insgesamt ergibt sich somit für den Stellantrieb 1 in der Spulenlängsrichtung 13 eine extrem kompakte Bauform.Of particular advantage in the construction shown here is that the coil 7 in the gap 10 can be arranged. The sink 7 can thereby in their longitudinal direction 13 to be built extremely small. For example, the coil builds 7 in their longitudinal direction 13 shorter than the anchor 2 or the wing (s) 20 of the anchor 2 , For example, the coil 7 in their longitudinal direction 13 about half the size or about one-third the size of the anchor 2 or his wings 20 , Preferred is the embodiment shown here, in which the coil 7 and the first pole segments 30 as well as the second pole segments 30 ' in the coil longitudinal direction 13 together are about the same size as the anchor 2 or its wings 20 , Appropriately, the coil 7 doing with respect to their longitudinal direction 13 centered to the anchor 2 or in the middle of its wings 20 arranged. Overall, thus results for the actuator 1 in the coil longitudinal direction 13 an extremely compact design.
Zweckmäßig sind auch hier die ersten Polsegmente 30 an oder in einem hier nicht gezeigten ersten Deckel angeordnet, während die zweiten Polsegmente 30' an oder in einem nicht gezeigten zweiten Deckel angeordnet sind. Diese Deckel können grundsätzlich wie bei der Ausführungsform gemäß 2 zusammen mit einer entsprechenden, hier ebenfalls nicht gezeigten Hülse ein Gehäuse für den Stellantrieb 1 ausbilden. Da bei der Ausführungsform gemäß 6 die einzelnen Polsegment-Paare 30–30' in sich die Ausbildung von Rückschlusskreisen 11 für den Anker 2 bzw. für dessen Flügel 20 ermöglichen, müssen diese Deckel und insbesondere die Hülse nicht magnetisch sein und können somit insbesondere aus Leichtmetall oder Kunststoff hergestellt werden. Dies ermöglicht eine beträchtliche Gewichtseinsparung für den Stellantrieb 1.Also useful here are the first pole segments 30 arranged on or in a first cover, not shown here, while the second pole segments 30 ' are arranged on or in a second lid, not shown. These covers can basically as in the embodiment according to 2 together with a corresponding, also not shown here, a housing for the actuator 1 form. As in the embodiment according to 6 the individual pole segment pairs 30 - 30 ' in itself the training of inference circuits 11 for the anchor 2 or for its wings 20 allow, these covers and in particular the sleeve need not be magnetic and can thus be made in particular of light metal or plastic. This allows a considerable weight saving for the actuator 1 ,
Die Leistungsfähigkeit des Stellantriebs 1 kann deutlich verbessert werden, wenn jedem Polsegment-Paar 30–30' ein Permanentmagnet 31 zugeordnet wird, der auf geeignete Weise in den jeweiligen Rückschlusskreis 11 eingebunden ist. Beispielsweise kann der jeweilige Permanentmagnet 31 hierzu am oder im Rückschlussteil 32 angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass der jeweilige Permanentmagnet 31 selbst das jeweilige Rückschlussteil 32 bildet. Mit Hilfe der Permanentmagnete 31 kann der Stellantrieb 1 als polarisierter Elektromagnet mit einer einzigen Spule 7 ausgestaltet werden. Im Unterschied dazu handelt es sich bei den Ausführungsformen der 1 bis 5 jeweils um einen Stellantrieb 1, der als neutraler Elektromagnet mit einer einzigen Spule 7 ausgestaltet ist.The efficiency of the actuator 1 can be significantly improved if each pole segment pair 30 - 30 ' a permanent magnet 31 is assigned in a suitable manner in the respective return circuit 11 is involved. For example, the respective permanent magnet 31 this on or in the rear part 32 be arranged. It is also possible that the respective permanent magnet 31 even the respective conclusion part 32 forms. With the help of permanent magnets 31 can the actuator 1 as a polarized electromagnet with a single coil 7 be designed. In contrast, in the embodiments of the 1 to 5 each with an actuator 1 acting as a neutral electromagnet with a single coil 7 is designed.
Die Polarisierung des Stellantriebs 1 wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Dauermagnete 31 so angeordnet und polarisiert sind, dass Dauermagnete 31, die in der Umfangsrichtung der Spule 7 benachbart sind, gegensinnig gepolt sind.The polarization of the actuator 1 is achieved in particular by the fact that the permanent magnets 31 are arranged and polarized such that permanent magnets 31 in the circumferential direction of the coil 7 are adjacent, are poled in opposite directions.
Durch eine geeignete Positionierung, Polarisierung und Dimensionierung der Permanentmagnete 31 kann erreicht werden, dass diese in den Endlagen des Ankers 2 magnetische Haltekräfte erzeugen, welche die elektromagnetischen Haltekräfte der Spule 7 erheblich verstärken oder im Extremfall sogar ersetzen können. Im zuletzt genannten Extremfall können somit die Endlagen des Ankers 2 stromfrei, also ohne Wärmeentwicklung dauerhaft gehalten werden. Das Umschalten zwischen den einzelnen Endlagen wird dann mit Hilfe einer entsprechenden Umpolung bei der Bestromung der Spule 7 erreicht.By a suitable positioning, polarization and dimensioning of the permanent magnets 31 can be achieved that these in the end positions of the anchor 2 generate magnetic holding forces, which are the electromagnetic holding forces of the coil 7 increase considerably or even replace it in extreme cases. In the latter extreme case, therefore, the end positions of the armature 2 current-free, so without heat generation permanently. The switching between the individual end positions is then with the help of a corresponding polarity reversal in the energization of the coil 7 reached.
Gleichzeitig vereinfacht sich durch die Einbringung der Permanentmagnete 31 der Anschwingvorgang für den Anker 2, um diesen aus der neutralen Ausgangslage herauszubewegen. Denn die Permanentmagnete 31 sind magnetisch antiparallel ausgerichtet, so dass eine Bestromung der Spule 7 den magnetischen Fluss bei den einen Polsegment-Paaren 30–30' gezielt verstärkt und bei den benachbarten Polsegment-Paaren 30–30' gezielt abschwächt. Durch eine entsprechende Stromrichtungsumkehr in der Spule 7 können abwechselnd entgegengesetzt wirkende Kräfte generiert werden, welche das Anschwingen des Ankers 2 bewirken.Simultaneously simplified by the introduction of the permanent magnets 31 the starting process for the anchor 2 to move it out of the neutral starting position. Because the permanent magnets 31 are magnetically antiparallel aligned, so that energizing the coil 7 the magnetic flux in the one pole segment pairs 30 - 30 ' specifically reinforced and in the adjacent pole segment pairs 30 - 30 ' deliberately weakens. By a corresponding current reversal in the coil 7 alternately oppositely acting forces can be generated, which are the oscillation of the armature 2 cause.
Zweckmäßig sind die Dauermagnete 31 an den Polsegmenten 30 und 30' bzw. am jeweiligen Rückschlussteil 32 so angeordnet, dass sie von den zugehörigen Polflächen 8, 9 beabstandet sind. Auf diese Weise können Beschädigungen durch den auf die Polflächen 8, 9 aufschlagenden Anker vermieden werden.The permanent magnets are useful 31 at the pole segments 30 and 30 ' or at the respective conclusion part 32 arranged so that they are from the associated pole faces 8th . 9 are spaced. In this way, damage can be caused by the on the pole faces 8th . 9 impacting anchors are avoided.